ximia.org - сайт о химии для химиков
РАЗДЕЛЫ САЙТА
Разная химия
Неорганическая
Органическая
Биологическая
Наглядная биохимия
Токсикологическая

База знаний
Химическая энциклопедия
Справочник по веществам
Таблица Д.И. Менделеева
Гетероциклические соед.
Теплотехника
Углеводы

Партнёры по Химии
Всё об Алхимии

Химия в жизни
Каталог предприятий

Дополнительно
Лекарственные средства Фармацевтический справ.

 
Всё о Химии - Ximia.org

БОР


Алфавитный указатель: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


БОР (от позднелат. borax - бура; лат. Borum) В, хим. элемент III гр. периодич. системы, ат. н. 5, ат. м. 10,811. Прир. Б. состоит из двух стабильных изотопов - 10В (19,57%) и 11В (80,43%). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 10B 3*10-25 м2, 11В 4*10-32 м2. Конфигурация внеш. электронной оболочки 2s22р; степень окисления + 3, редко + 2; энергия ионизации при последоват. переходе от В° к В5+ соотв. 8,29811, 25,156, 37,92, 259,30 и 340,13 эВ; атомный радиус 0,097 нм, ковалентный 0,088 нм, металлический 0,091 нм, ионный В3+ 0,025 нм (координац. число 4).

Содержание Б. в земной коре 5*10-3% по массе, в воде океанов - 4,6 мг/л. В природе в своб. виде не встречается. Важнейшие минералы - бура Na2B4O7*10Н2О, кернит Na2B4O7*4HaO. На земной пов-сти Б. мигрирует и концентрируется в рассолах озер и морей. Главные осадочные бо-ратные месторождения находятся в СССР, США, ГДР. Мировые запасы Б. ок. 100 млн. т.

Свойства. Б. - бесцв., серое или красное кристаллическое либо темное аморфное в-во. Известно более 10 алло-тропных модификаций Б., св-ва важнейших приведены в таблице. Образование той или иной модификации и их взаимные переходы определяются т-рой, при к-рой получают Б.: при 600-800°С образуется аморфный продукт (плотн. 2,35 г/см3;1058-6.jpg перехода аморфный1058-7.jpgромбоэдрич. модификация 5,02 кДж/моль), до 1000°С-1058-8.jpgромбоэдрич. модификация (красные кристаллы), до 1200°С-1058-9.jpg ромбоэдрическая (наиб, устойчивая форма), до 1500 °С - тетрагональные модификации. Расплав обычно кристаллизуется в1058-10.jpgромбоэдрич. модификацию, в к-рую переходят и все остальные формы выше 1500°С. В интервале 1000-1500°С можно одновременно получить смесь разл. модификаций. Кристаллич. решетки всех модификаций Б. построены из икосаэдров В12 - полиэдрич. электронодефицитных структур, содержащих наряду с двухэлектронными двухцентровыми хим. связями В—В многоцентровые двух-электронные связи.

Ниже приводятся св-ва р-ромбоэдрич. Б.: т. пл. 2074°С, т. кип. 3658°С; С° 11,09Дж/(моль-К);1058-11.jpg 50,2 кДж/моль,1058-12.jpg 560кДж/моль (О К),1058-13.jpg 512кДж/моль; S°298 5,90 Дж/(моль*К) [для газа 153,2 ДжДмоль • К)]; ур-ние температурной зависимости давления пара lg p (атм) = = 7,239-28,840/T(1781-2152 К); температурный коэф. линейного расширения (4,8-7,0)*10-6-1 (293-1300 К); теплопроводность при 300 К 2,6-10-3 Вт/(м*К); дебаевская т-ра 1220 К;1058-14.jpg (0,7-4,0)*109 МОм*м (88 К), 105 МОм*м (200 К), 0,05 МОм*м (500 К). Б. - полупроводник р-типа; ширина запрещенной зоны по данным электрич. и оптич. измерений соотв. 1,42 и 1,53 эВ; дырочная проводимость 55*104, электронная 104 м2/(В*с); постоянная Холла 7*10-3 м3/Кл (298 К); концентрация собств. носителей тока 5*1014(433 К) и 9*1019 м-3П073 К). Б. диамагнитен, магн. восприимчивость — 0,78*10-9 (298 К). Для монокристаллов показатель преломления 3,44 (при длине волны1058-15.jpg 0,45мкм), коэф. поглощения 10-2 м-1 (при1058-16.jpg 1,3-3,8 мкм).

По твердости Б. занимает второе (после алмаза) место среди всех в-в: твердость по Моосу 9,3, по Виккерсу 274,4 ГПа, по Кнупу 2460; микротвердость 30,4 ГПа. Модуль Юнга 282,2 ГПа (для борного волокна 411,6 ГПа);1058-17.jpg 147 МПа (293 К), 882 МПа (1273 К) (для борного волокна 13,7 ГПа при 1330-1890 К); линейный коэф. сжимаемости 1,8*10-7 (303 К), объемный 3*10-7 (293 К). Б. очень хрупок, в пластич. состояние переходит выше 2000 °С.

Химически Б. довольно инертен (особенно кристаллический). К-ты, не являющиеся окислителями, с Б. не реагируют, конц. HNO3 и царская водка окисляют его до борной кислоты Н3ВО3. При сплавлении со щелочами на воздухе либо при взаимод. с расплавл. Na2O2 или смесью KNO3 и Na2CO3 Б. образует бораты. С Н2 он непосредственно не взаимод., бороводороды получают косвенным путем. Выше 1200°С Б. реагирует с N2 (а также с NH3), давая бора нитрид BN. В р-циях с F2 (ок. 20 °С), с С12 (ок. 400 °С), с Вг2 (ок. 600 °С), с 12 (ок. 700 °С) образует тригалогениды ВНа13 (см. Бора трифторид, Бора трихлорид)-бесцв. дымящие на воздухе летучие соед., к-рые легко гидролизуются водой, склонны к образованию комплексных соед. типа Н[ВНа14]. Для трибромида ВВr3 т. пл. -46°С, т. кип. 89,8°С; плотн. 2,65 г/см3. Для трииодида В13 т. пл. 49,8°С, т. кип. 210°С (с разл.); плотн. 3,3 г/см3. Известны также низшие галогениды В2На14, В4На14, В8На18, содержащие в молекуле связи В—В. Выше 500°С Б. реагирует с газообразными HF и НС1 с выделением Н2.

С серой ок. 600°С, а также в атмосфере H2S или CS2 при 930°С Б. образует сульфид B2S3 (т. пл. 310°С; плотн. 1,55 г/см3), с Se выше 700°С - селенид B2Se3, с Р и As выше 900°С - соотв. фосфиды (ВР, В5Р) и арсениды (BAs, B6As), отличающиеся высокой хим. и термин стойкостью.

ХАРАКТЕРИСТИКА КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МОДИФИКАЦИЙ БОРА
1058-18.jpg

ВР и BAs (т. пл. выше 2000°С) - высокотемпературные полупроводники.

При взаимод. Б. (или В2О3) с С выше 2000°С получают бора карбиды В12С3 и В13С2, с Si выше 1000°С - силициды B6Si (т. разл. 1864°С), B4Si (т. разл. 1345°С), B3Si и В125i - кристаллич. в-ва, не разлагаемые водой и р-рами щелочей и к-т; применяются как огнеупоры и материалы регулирующих и защитных устройств ядерных реакторов. С большинством металлов при высоких т-рах Б. образует бориды.

Получение. Буру и кернит разлагают H2SO4 при 100°С, нерастворимый остаток отфильтровывают. Фильтрат охлаждают до 15 °С, при этом выпадают кристаллы Н3ВО3; к-ту обезвоживают ок. 235°С с образованием В2О3. Аморфный Б. получают восстановлением В2О3 магнием, Na, Са, Zn, К или Fe, кристаллический - восстановлением галогенидов Б. (в осн. ВС13 или BF3) водородом или разложением галогенидов и гидридов Б. (в осн. В2Н6) при 1000-1500°С. Б. получают также электролизом расплава Na[BF4] или K[BF4] (образуются при взаимод. соотв. NaOH или КОН либо солей Na или К с Н [BF4]), чистый кристаллический (менее 0,05% примесей) - разложением ВВr3 на танталовой или вольфрамовой нити ок. 1300°С в присут. Н2 или разложением В2Н6 и В13 при 700-1000°С. Высокой степени чистоты (10-3-10-4% примесей) достигают зонной плавкой или вытягиванием монокристаллов из расплава.

Определение. Осн. метод выделения Б. из смеси - отгонка в виде борнометилового эфира В(ОСН3)3 из кислых р-ров. Эфир гидролизуют до Н3ВО3, к-рую титруют щелочью в присут. маннита. Гравиметрически Б. определяют в виде Са(ВО,)2, образующегося при взаимод. В(ОСН3)3 с Са(ОН)2, флуориметрически - по фиолетово-синему окрашиванию с хинали зарином или диаминоантраруфином, а также при помощи куркумина. Качественно Б. обнаруживают по буро-красному окрашиванию куркумовой бумаги или по зеленому окрашиванию пламени при сгорании В(ОСН3)3.

Применение. Б. - компонент коррозионностойких и жаропрочных сплавов, напр. ферробора - сплава Fe с В (10-20%). Небольшая добавка Б. (1-3-10 %) значительно повышает мех. св-ва стали, сплавов цветных металлов и обусловливает мелкозернистость их структуры. Б. насыщают пов-сть стальных изделий (борирование) с целью улучшения их коррозионных и мех. св-в. Его используют в кач-ве упрочнителя композиционных материалов (в виде волокон), как полупроводник для изготовления терморезисторе в, счетчиков тепловых нейтронов, преобразователей тепловой энергии в электрическую. Б. и его сплавы применяют также как нейтронопоглощающие материалы для изготовления регулирующих стержней ядерных реакторов. Мировое произ-во Б. (без СССР) в виде соединений 2,4 млн. т (1980). Ок. 50% получаемых искусственных и прир. соед. Б. используют в произ-ве стекла, ок.. 30%-при получении моющих ср-в, ок. 4-5%-для произ-ва эмалей, глазурей, гербицидов, металлургич. флюсов.

Б. был открыт в 1808 Ж. Гей-Люссаком и Л. Тенаром и независимо от них-Г. Дэви.


===
Исп. литература для статьи «БОР»:
Бор, его соединения и сплавы, под ред Г. В. Самсонова, К., 1960; Немодрук А. А., Каралова 3. К., Аналитическая химия бора 5B10,811, M., 1964; Цагарейшвили Г. В., ТавадзеФ. Н., Полупроводниковый бор. М.. 1978. Н.Т.Кузнецов.

Страница «БОР» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

 

Всё о Химии для учителей, учеников, студентов и просто химиков